I ricercatori guidati dall’Università delle Scienze di Tokyo hanno identificato un enzima rivoluzionario che promette di rivoluzionare la gestione delle malattie delle piante. La scoperta potrebbe portare alla creazione di pesticidi antibatterici non sterilizzanti, frenando la devastazione causata dagli agenti patogeni Xanthomonas su colture cruciali come riso, grano e pomodori.
In un importante passo avanti per l’agricoltura, un team di ricercatori guidati dall’Università delle Scienze di Tokyo ha identificato un enzima che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono gestite le malattie delle piante. L’enzima, denominato XccOpgD, potrebbe portare allo sviluppo di nuovi pesticidi antibatterici che colpiscono specificamente gli agenti patogeni causando devastazioni diffuse senza promuovere la resistenza ai farmaci.
I risultati, pubblicati sul Journal of American Chemical Society, provengono da a studio guidato da Masahiro Nakajima, professore associato presso l'Università delle Scienze di Tokyo. Il gruppo di ricerca comprende Sei Motouchi, un dottorando dell'Università delle Scienze di Tokyo, Hiroyuki Nakai, professore associato presso l'Università di Niigata, e Shiro Komba, ricercatore principale dell'Istituto di ricerca alimentare presso NARO National Agriculture and Food Research Organization).
Le malattie delle piante, in particolare quelle causate dalla famigerata specie Xanthomonas, rappresentano gravi sfide per la produttività agricola. Questi agenti patogeni colpiscono colture essenziali, come riso, grano e pomodori, riducendo significativamente i raccolti e causando ingenti perdite economiche a livello globale.
Precedenti ricerche hanno indicato che gli agenti patogeni di Xanthomonas utilizzano un composto ciclico, il β-1,6-glucoesadecaosio α-1,2-ciclizzato (CβG16α), per sopprimere i meccanismi di difesa delle piante. Il gruppo di ricerca ha ora identificato un enzima glicoside idrolasi, XccOpgD, nel ceppo X. campestris pv campestris responsabile della biosintesi di CβG16α.
“Le strutture dei glicani sono complesse e sfaccettate e svolgono diversi ruoli cruciali nella natura e negli organismi. Gli enzimi sintetizzano e degradano i glicani, esibendo diverse strutture e funzioni che corrispondono alla diversità dei glicani. Tuttavia, la nostra comprensione di questi enzimi è ancora limitata, il che spinge alla ricerca di nuovi enzimi con vari nuovi potenziali", ha detto Nakajima in una conferenza stampa. comunicato stampa.
Utilizzando analisi biochimiche avanzate e cristallografia a raggi X, il team ha chiarito il meccanismo catalitico e la specificità del substrato di XccOpgD, rivelandolo come parte della famiglia di enzimi GH186. Questa famiglia è fondamentale nella regolazione dei componenti della parete cellulare batterica. In particolare, XccOpgD opera attraverso un meccanismo enzimatico senza precedenti chiamato transglicosilazione con inversione di anomero.
“Le reazioni dei tipici enzimi GH sono classificate teoricamente in quattro tipi mediante combinazione di ritenzione o inversione e reazione con acqua (idrolisi) o zucchero (transglicosilazione). Tuttavia, in una lunga storia di ricerche sugli enzimi associati ai carboidrati, manca in qualche modo una classificazione e noi abbiamo scoperto la classificazione mancante”, ha aggiunto Nakajima. “Questa svolta è stata resa possibile da un ambiente strutturale unico, che ha aperto nuove possibilità per la glicosilazione basata su enzimi”.
Il composto ciclico CβG16α è stato identificato utilizzando la risonanza magnetica nucleare e i residui cruciali di legame del substrato sono stati individuati attraverso l'analisi strutturale del complesso di Michaelis. XccOpgD facilita un meccanismo di transglicosilazione che inverte l'anomero, con ruoli catalitici chiave giocati dai residui D379 e D291.
Questa scoperta racchiude un immenso potenziale per lo sviluppo di pesticidi antibatterici mirati.
“Ci aspettiamo in futuro un concetto di pesticida mirato a questo omologo enzimatico. A differenza dei fungicidi che promuovono la comparsa di batteri resistenti ai farmaci nel suolo, prendere di mira questo enzima potrebbe potenzialmente inibire la patogenicità senza causare la sterilizzazione”, ha aggiunto Nakajima. “Gli omologhi enzimatici identificati in questo studio possono fungere da promettenti bersagli farmacologici basati sulla struttura, offrendo una potenziale soluzione al problema dei batteri resistenti ai farmaci”.
La svolta promette una maggiore resilienza agricola, una migliore sicurezza alimentare e un impatto ambientale mitigato legato ai pesticidi convenzionali. Mentre i ricercatori continuano a esplorare le potenziali applicazioni di XccOpgD, questo progresso potrebbe aprire la strada a soluzioni sostenibili alle sfide agricole globali, a vantaggio degli agricoltori e degli ecosistemi in tutto il mondo.